地基基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀及發(fā)展綜述ppt課件

1 地基基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀及發(fā)展綜述 2 1 地基基礎(chǔ)工程國內(nèi)外現(xiàn)狀 地基基礎(chǔ)工程需解決的問題 建 構(gòu)筑 物的地基強度設(shè)計 變形控制 穩(wěn)定性控制 基礎(chǔ)材料設(shè)計 檢驗與監(jiān)測技術(shù)和相關(guān)施工技術(shù) 地基強度設(shè)計 應(yīng)包括 地基原位測試技術(shù) 室內(nèi)測試技術(shù) 允許設(shè)計取值 變形控制 應(yīng)包括 地基變形計算 建筑物允許變形 對相鄰建筑物的影響 穩(wěn)定性控制 應(yīng)包括 建筑物整體穩(wěn)定性 抗浮穩(wěn)定性 抗震穩(wěn)定性 3 基礎(chǔ)材料設(shè)計 應(yīng)包括 材料抗沖切 抗剪 抗彎設(shè)計 耐久性設(shè)計及地基土的材料特性 地基土的材料特性 應(yīng)包括土的組成 化學(xué)成分 成因 應(yīng)力歷史 地下水條件 物理力學(xué)指標等 地基基礎(chǔ)的工程研究 地基材料特性 結(jié)構(gòu)類型適應(yīng)性 施工技術(shù)可行性 4 1 1基礎(chǔ)工程的可靠性 耐久性研究已發(fā)展到新的水平 1 1 1可靠性70年代我國科研工作者跟進國際工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的研究 全面開展了對工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的研究 85年國際標準ISO2394 結(jié)構(gòu)可靠性總原則 發(fā)布 這種設(shè)計方法在世界各國結(jié)構(gòu)工程界得到實施 標志世界結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的全面技術(shù)進步 84年我國國家標準GBJ68 84 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準 發(fā)布 5 我國89版國家標準體系全面引入了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法 簡稱概率極限狀態(tài)設(shè)計法 即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計方法 89版國家標準體系的特點 結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計的范圍僅限于構(gòu)件設(shè)計的可靠度 對結(jié)構(gòu)體系的可靠度研究還未達到使用階段 國家規(guī)范體系中還沒有全面涉及耐久性設(shè)計的內(nèi)容 6 2000版國家標準體系的公布 進一步明確了可靠性設(shè)計的原則和適用范圍 全面引入結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的內(nèi)容 使我國結(jié)構(gòu)工程的技術(shù)水平隨國際同步 達到了新的技術(shù)水平 1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準 GBJ68 84 修訂為 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準 2 由于 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 在結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計方法有一定特殊性 由原標準要求的 應(yīng)遵守 本標準 改為 宜遵守 本標準 7 3 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 GB50007 2002中明確了地基基礎(chǔ)設(shè)計中承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的使用范圍和計算方法 對荷載組合的設(shè)計取值和相應(yīng)的抗力給出了明確規(guī)定 對地基和樁基的承載力采用了極限值 特征值和安全系數(shù)的方法 并對荷載組合設(shè)計取值給出了規(guī)定 8 4 基礎(chǔ)工程可靠性包括以下幾個方面 基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡 如傾覆等 基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強度超過而破壞 包括疲勞破壞 或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系 或因過大變形引起上部結(jié)構(gòu)不適合繼續(xù)承載 基礎(chǔ)工程的變形引起結(jié)構(gòu)裂縫或影響正常使用 基礎(chǔ)工程的耐久性 9 1 1 2耐久性國外對耐久性的認識是使用極限狀態(tài)的問題 認為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)不可接受的外觀損傷 是經(jīng)濟合理的使用壽命問題 國內(nèi)則更多的認為是安全問題 將耐久性看成是承載能力極限狀態(tài)問題 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題 主要在三個方面 1 鋼材的耐久性 2 混凝土的耐久性 3 環(huán)境作用的耐久性問題 10 鋼筋銹蝕 混凝土凍融損傷 化學(xué)物質(zhì)的侵蝕 堿骨料反應(yīng) 水泥水化過程中釋放出來的堿金屬與骨料發(fā)生反應(yīng) 堿 硅酸反應(yīng)堿 碳酸鹽反應(yīng)機械物理損傷 磨損 空蝕 沖撞 大氣侵蝕 酸雨 空氣污染 雨水沖淋 風(fēng)沙 溶蝕 長期浸泡在流動水中的混凝土 有效成份被水溶解 生物侵傷 海洋環(huán)境和城市污水的影響 11 2000版設(shè)計規(guī)范對耐久性的規(guī)定 規(guī)定了設(shè)計使用年限對使用環(huán)境進行了分類對結(jié)構(gòu)混凝土進行了規(guī)定對構(gòu)造要求進行了規(guī)定 12 1 2更加強調(diào)原位測試的重要性 地基土 巖 由于成因 應(yīng)力歷史 地下水條件等的改變 對土的基本力學(xué)性質(zhì)影響很大 基礎(chǔ)工程設(shè)計參數(shù)更加強調(diào)原位測試的重要性 近20年的工程實踐 在土的原位強度 變形特性的測試技術(shù) 軟土 砂土的非擾動取土測試技術(shù)不斷發(fā)展 如 靜力觸探儀技術(shù) 旁壓儀技術(shù) 扁鏟測試技術(shù) 軟土的薄壁取土技術(shù) 砂土的二重管 三重管取土技術(shù)等研究和應(yīng)用 已大大提高了巖土工程原位測試技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用的可靠性 13 如有的學(xué)者介紹國外發(fā)達國家 如德國 原位觸探類測試與取土鉆孔在工程上的比例與我國比正好相反 靜力觸探除有壓力傳感之外 還安裝攝像和其他傳感器 大大提高了巖土工程勘察的水平和能力 我們國家總的狀況是觸探技術(shù)應(yīng)用的多一些 大都是傳統(tǒng)的取土測試 先進的取土技術(shù) 旁壓儀 扁鏟等應(yīng)用面較小 設(shè)備的差距較大 14 1 3強調(diào)按變形控制的基礎(chǔ)工程設(shè)計原則 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 GB50007 2002中明確規(guī)定了按變形設(shè)計的原則 方法 地基基礎(chǔ)工程按變形控制設(shè)計的思想是國內(nèi)外巖土工程學(xué)術(shù)領(lǐng)域的共識 分析所有地基基礎(chǔ)工程的事故 因地基強度引起的比例很小 大部分是因地基過大變形引起的傾覆和開裂 或因差異沉降引起的裂縫而影響正常使用 15 黃熙齡院士在1991年 1997年 通過一系列室內(nèi)模型試驗進行了變形控制設(shè)計研究 并進行了工程實踐 同時把這一重要設(shè)計思想編入GB50007 2002 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 即在一個整體大面積基礎(chǔ)上建有多棟高層或多層建筑 應(yīng)按上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)與地基共同作用進行變形計算 標志著我國地基基礎(chǔ)設(shè)計水平已達到國際先進水平 16 我省原云南省設(shè)計院總工劉岳東教授級高工 已年過80高齡 經(jīng)過多年的調(diào)查 分析 研究 出版了 高層建筑筏形基礎(chǔ)內(nèi)力分析 一書 對現(xiàn)行規(guī)范中的一些問題提出了不同的論點 如 對基礎(chǔ)內(nèi)力分析的彎曲與彎矩的概念及相應(yīng)的 倒梁法 計算的不同觀點 對基底摩擦阻力抵消基礎(chǔ)整體彎矩的討論 同時針對上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ) 地基共同工作的設(shè)計思想和方法 分為9個章節(jié)進行了分析和論述 劉老的這部專著對我們更深入準確地學(xué)習(xí)貫徹 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 并把上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ) 地基共同工作的設(shè)計思想在工程實踐中推廣和實踐有指導(dǎo)作用 劉老這種對工程科學(xué)問題嚴謹且不斷探求的精神 是我們?nèi)w工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)的榜樣 17 1 4重現(xiàn)監(jiān)測技術(shù) 監(jiān)測技術(shù)在地基基礎(chǔ)工程中占有十分重要的地位 它既是地基基礎(chǔ)工程災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng) 同時監(jiān)測數(shù)據(jù)是檢驗地基基礎(chǔ)工程設(shè)計 施工質(zhì)量和水平的重要依據(jù) 動態(tài)設(shè)計 信息化施工要依靠監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn) 監(jiān)測技術(shù)包括 測試原件 監(jiān)測儀器儀表 自動控制系統(tǒng)和反分析技術(shù) 監(jiān)測技術(shù)研究包括 測試原件 儀器儀表的可靠性 耐久性研究 自動測試系統(tǒng)可靠性研究 遠程監(jiān)控技術(shù)和自動報警系統(tǒng) 18 近十年國內(nèi)外在監(jiān)測技術(shù)的研究方面已基本上實現(xiàn)了 除傳統(tǒng)的應(yīng)變 頻率測試外 發(fā)展了遠紅外技術(shù) 光譜分析技術(shù) 并在自動化程度和可靠性上大大提高 并且實現(xiàn)了長期監(jiān)測和自動預(yù)警的系統(tǒng)設(shè)計功能 監(jiān)測和研究的內(nèi)容 建筑物的沉降觀測和監(jiān)測 大型土石壩工程的裂縫 應(yīng)力觀測和監(jiān)測 大型邊坡工程 填筑工程的沉降監(jiān)測和裂縫監(jiān)測 地鐵工程建造期和使用期對地上建筑物影響的監(jiān)測等 19 1 5大型區(qū)域工程的相關(guān)技術(shù)和綜合利用 區(qū)域性基礎(chǔ)工程包括 區(qū)域性地下空間開發(fā)功能設(shè)計 基礎(chǔ)設(shè)計和相關(guān)施工技術(shù) 地鐵車站建設(shè)的地下通道與周圍建筑群的聯(lián)結(jié) 地鐵道路對線路上建筑物基礎(chǔ) 包括超長樁基礎(chǔ) 的影響 地下車庫在區(qū)域地下空間建設(shè)的道路設(shè)計 小區(qū)地下空間綜合利用的規(guī)劃 建筑設(shè)計等 20 隨著城市用地日益緊張 地下空間開發(fā)的地下車道 地下商場 地下車庫的需求越來越大 區(qū)域基礎(chǔ)工程研究的問題是綜合規(guī)劃 建造 增加投資效益和地下空間綜合利用率 減少由于單體設(shè)計 施工引起的人為地質(zhì)災(zāi)害 包括基礎(chǔ)支護結(jié)構(gòu)及錨桿對鄰建建筑物的影響 地鐵線路穿越高層建筑樁基礎(chǔ)等引起的相關(guān)問題 目前在小區(qū)規(guī)劃設(shè)計中 已初步考慮了地下空間綜合利用問題 但對相關(guān)基礎(chǔ)工程設(shè)計和相關(guān)聯(lián)結(jié)技術(shù)還有待進一步研究 21 2 地基基礎(chǔ)工程技術(shù)發(fā)展中的幾個問題 隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展 建筑業(yè)在我們國家的經(jīng)濟發(fā)展中已占有重要地位 進入21世紀 大型公共建筑項目 住宅產(chǎn)業(yè)項目 地下空間開發(fā)利用 城市地下交通建設(shè)等規(guī)劃設(shè)計 施工綜合研究的需求 對我們結(jié)構(gòu)工程師提出了新的課題 也為基礎(chǔ)工程科學(xué)的發(fā)展提供了廣闊的空間 22 國內(nèi)發(fā)達地區(qū)在超深超大基坑工程 大底盤多塔樓高層建筑 地下商場 地下車庫 以及大跨空間多層地下建筑等 不僅在大型公共建筑而且在住宅小區(qū)建設(shè)中都已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用 其面積已達到總建設(shè)面積的10 綜上所述我們結(jié)構(gòu)工程師在思考 研究和實踐中 應(yīng)在如下幾個問題有所突破 23 2 1上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ) 地基共同作用設(shè)計的進一步研究和實踐 建筑物的基礎(chǔ)沉降都是 盆形 沉降 即四周小 中間大 規(guī)范中所列的單體高層建筑箱形基礎(chǔ) 當(dāng)?shù)鼗^均勻 豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置均勻 上部結(jié)構(gòu)荷載分布均勻時 箱形基礎(chǔ)的底板 頂板的內(nèi)力近似于局部受力的內(nèi)力 但這種情況在工程實踐中是很難遇到的 工程中大量遇到的情況越來越需要進行上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ) 地基共同作用的設(shè)計 如 24 1 箱形基礎(chǔ)或裙樓比塔樓擴大 剛度較大荷載分布也較大核心筒 造成荷載不均勻 由于功能的要求豎向構(gòu)件的布置不均勻 2 目前上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算均把基礎(chǔ)作為嵌固的固定端來假定的 因此整個結(jié)構(gòu)體系沒有考慮 盆形 沉降而引起的附加內(nèi)力 3 有的項目實測研究認為 上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ) 地基共同作用的計算和設(shè)計應(yīng)考慮施工過程的內(nèi)力變化和分布 有的項目實測表明 當(dāng)施工到9 11層時對結(jié)構(gòu)體系 特別是對地基基礎(chǔ)的計算起控制作用 即過多地考慮上部結(jié)構(gòu)的剛度參與是不安全的 以上僅是復(fù)雜工程實踐中的一小部分 因此上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ) 地基共同作用的原理還需進一步的研究實踐 25 2 2按變形控制設(shè)計為減小沉降設(shè)置樁基的設(shè)計思想 是我國應(yīng)用變形控制進行基礎(chǔ)工程設(shè)計的成功經(jīng)驗 減少建筑物整體沉降可以采用減少結(jié)構(gòu)自重從而降低基底附加壓力 采用深埋基礎(chǔ) 采用樁基等各種措施和方法 對于差異沉降的控制可采用設(shè)置沉降縫 設(shè)置施工后澆帶等措施和方法 在實際工程中由于功能要求 不允許設(shè)置沉降縫 或因地下水位較高或希望工期縮短 采用施工后澆帶要增加施工費用 對工期也有影響 26 因此就出現(xiàn)了按變形控制的設(shè)計方法 如 云南省設(shè)計院完成的北京中華民族園 根據(jù)業(yè)主的需求 用一層到九層的階梯形建筑構(gòu)成人造山體 建筑內(nèi)部為商業(yè)用途地下一層停車庫 總面積十二萬平方米 荷載的差異非常大 并且不可能設(shè)縫 因此采用樁基獨立柱承臺 再用防水板做地下室底板 其核心就是不采用天然地基 而用樁來控制差異很大的變形 這一方法得到北京首規(guī)委組織的專家組的充分肯定 建成后說明這一方案是成功的 且是經(jīng)濟的 27 其他各地也有若干成功的實例 但整個按變形控制設(shè)計方法還有待在實踐中總結(jié)完善和系統(tǒng)地深入研究 另一個方面 目前深基坑工程對于周圍建筑及地下管線 道路的影響 在城市建設(shè)中事故率較高 深基坑工程設(shè)計必須按變形控制設(shè)計已列入規(guī)范 但某些支護技術(shù)對變形計算的研究還十分欠缺乏 如土釘墻支護 事故率也比較高 因此按變形控制的支護設(shè)計計算方法還有待全面地總結(jié)完善 28 2 3全面提高原位測試技術(shù)水平 作為基礎(chǔ)工程設(shè)計依據(jù)的巖土工程勘察 原位測試技術(shù)研究目前積累的大量資料以地基強度為主 而且開展工作的廣度和深度還不均衡 對于原位地基變形參數(shù)的研究較少 至使工程設(shè)計或由于參數(shù)保守 造成工程浪費 或由于估計錯誤 造成工程事故 29 隨著地基 基礎(chǔ) 上部結(jié)構(gòu)共同作用設(shè)計和按變形控制設(shè)計的要求 變形參數(shù)原位測試技術(shù)的研究和實踐十分重要 特別對于砂土 粉土 風(fēng)化巖等室內(nèi)評價有困難的地基土更加重要 并且這項技術(shù)的發(fā)展不僅需要引進先進的裝備和儀器 還需要積累量大面廣的工程資料和經(jīng)驗總結(jié) 因此在市場經(jīng)濟的現(xiàn)實中 還需要我們在觀念上給予重視 在方法實施合作 推動這項技術(shù)的進步 30 2 4進行監(jiān)測技術(shù)的進一步實踐和研究 監(jiān)測數(shù)據(jù)是信息法施工和動態(tài)設(shè)計的重要依據(jù) 也是檢驗 總結(jié)和調(diào)整地基基礎(chǔ)工程設(shè)計的重要依據(jù) 大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累 為工程設(shè)計反分析 建立區(qū)域地質(zhì)資料庫有十分重要的意義 我國基坑工程研究方面的投入還十分欠缺 監(jiān)測技術(shù)的實踐和研究包括測試原器件 測試系統(tǒng)及自動化預(yù)警系統(tǒng)等方面內(nèi)容 31 3 幾個重要的專題 3 1北京市勘察設(shè)計研究院的共同作用分析方法的研究與應(yīng)用 上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)與地基共同作用的概念 共同作用應(yīng)滿足的條件 1 三者各自需滿足靜力平穩(wěn)條件 2 彼此之間要滿足變形協(xié)調(diào)條件 上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的共同作用是結(jié)構(gòu)力學(xué)問題 地基與基礎(chǔ)的共同作用是屬于不同材料體系的連接 32 共同作用方法的難點 核心問題 基礎(chǔ)與地基接觸面的反力計算 考慮的內(nèi)容 1 地基模型的確定 反映地基土的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律 簡便 實用 易于在工程中應(yīng)用 2 參數(shù)確定 需要大量工程的試測數(shù)據(jù) 并對參數(shù)進行反演分析 3 上部結(jié)構(gòu)剛度 上部結(jié)構(gòu)剛度隨施工進程的變化 上部結(jié)構(gòu)剛度的貢獻的有限性 33 北京勘察院 經(jīng)過多年實測研究 形成了一套地基與基礎(chǔ)共同作用分析方法和樁 土 基礎(chǔ)共同作用分析方法 以上研究成果最近在 北京豐聯(lián)廣場 國家大劇院 國家體育場 等工程中得到實施和應(yīng)用 34 3 2中國建筑科學(xué)研究院地基所錢力航研究員的地基基礎(chǔ)的概念設(shè)計 地基基礎(chǔ)的概念設(shè)計是準確運用已有的科技知識 工程經(jīng)驗和技術(shù)標準 對地基基礎(chǔ)工程從方案選擇到施工檢測全過程的概念性設(shè)計 35 概念設(shè)計的特點 1 應(yīng)在方案設(shè)計之前進行 2 應(yīng)該與建筑方案和上部結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計互動和協(xié)調(diào) 3 應(yīng)對地基基礎(chǔ)設(shè)計 施工 檢測全過程的關(guān)鍵技術(shù)點起控制和指導(dǎo)作用 4 依據(jù)是已有的科技知識 工程